人工生物材料在关节软骨损伤修复中的应用

背景:关节软骨损伤修复是临床上亟待解决的难题,利用人工生物组织工程材料促进软骨再生修复是目前的研究热点之一。目的:对人工生物材料在关节软骨损伤修复中应用的研究进展进行综述。方法:应用计算机检索PubMed数据库和中国知网收录的有关人工生物材料在关节软骨损伤修复中应用的研究,英文检索词为“collagen,gelatin,silk,chitosan,alginate,PEG,PCL,PLA,cartilage tissue engineering,cartilage tissue engineering materials”,中文检索词为“胶原,明胶,丝素蛋白,壳聚糖,海藻酸,聚乙二醇,聚己内酯,聚乳酸,软骨组织工程,软骨组织工程材料”。根据纳入与排除标准对所有文章进行初筛后,保留质量和相关性较高的98篇文献进行综述。结果与结论:天然材料包括胶原、明胶、丝素蛋白、壳聚糖、海藻酸等,具有良好的生物相容性、降解性;合成材料包括聚乙二醇、聚己内酯、聚乳酸等,具有良好的机械性能。材料的改性与复合能够弥补材料本身的缺陷,表现出更优秀的软骨修复能力。基于分层结构合成的多层支架在研究中相对少见,且该支架更多针对骨软骨损伤修复而非单纯的软骨损伤修复。目前支架研究集中在合成研发阶段,相应的临床试验较少,未来需要注重临床应用转化。

注射型软骨组织工程活性材料修复关节软骨缺损的实验研究

目的 利用注射型活性材料修复兔关节软骨,比较碱性成纤维细胞生长因子(Basic fibroblastic growth factor,bFGF)和骨形态发生蛋白(Bone morphogenic protein,BMP)的治疗效果。方法 取18只14周龄成年大白兔随机分为3组,每只动物于双侧膝关节股骨髌股关节面制备直径4mm全层软骨缺损模型,钻通骨髓腔。准备注射型bFGF和BMP生物蛋白胶材料,三组分别接受如下治疗。A组注射型碱性成纤维细胞生长因子,B组注射型骨形态发生蛋白,C组单纯生物蛋白胶治疗。于8周,12周,24周观察大体和形态学特征,组织学评分。结果 A组于8,12周时,软骨缺损被白色半透明坚硬组织平滑修复,富有光泽,与正常软骨边界清楚,24周时修复组织与正常软骨边界模糊,质地坚硬,表面平滑光润。B组于8,12,24周时候均未将缺损表面修复平滑,为疏松组织缺损底部,凹陷明显残留。C组全程均未见软骨修复。组织评分A组明显优于B组C组(P<0.05),而B组和C组间无差异(P>0.05)。结论 注射型碱性成纤维细胞生长因子可以有效修复兔关节软骨的缺损,效果明显优于BMP治疗组,为关节镜等微创治疗方法提供了实验参考。

聚乙烯亚胺-壳聚糖/DNA纳米粒的制备及介导体外转染关节软骨细胞

背景:壳聚糖对软骨细胞具有良好的生物相容性和可降解性,但存在基因转染效率偏低的缺陷。目的:构建负载增强型绿色荧光蛋白基因的聚乙烯亚胺-壳聚糖/DNA纳米粒,检测其理化性能,以及体外对关节软骨细胞的基因转染效率。方法:将聚乙烯亚胺共价连接于壳聚糖骨架上构建聚乙烯亚胺-壳聚糖复合物,再将聚乙烯亚胺-壳聚糖与负载增强型绿色荧光蛋白基因的质粒DNA以复凝聚法制成纳米粒,以扫描电镜检测纳米粒形态,Zeta电位粒度分析仪测定其粒径、表面电位;凝胶电泳阻滞实验观察聚乙烯亚胺-壳聚糖和质粒DNA的结合力。以聚乙烯亚胺-壳聚糖/DNA纳米粒、裸质粒DNA、脂质体2000及壳聚糖/DNA纳米粒转染体外培养的兔关节软骨细胞,流式细胞仪及荧光显微镜检测基因转染率;激光共聚焦显微镜检测DNA的入核情况。结果与结论:聚乙烯亚胺-壳聚糖/DNA纳米粒多呈球形,粒径为(154.6±18.6)nm,表面Zeta电位为(24.68±6.82)mV,可有效保护质粒DNA免受DNaseⅠ的降解。体外转染实验证明聚乙烯亚胺-壳聚糖/DNA纳米粒能介导增强型绿色荧光蛋白基因转染关节软骨细胞并在细胞内表达绿色荧光蛋白,转染率达(23.80±1.74)%,转染率高于裸质粒DNA组及壳聚糖/DNA纳米粒组(P<0.05),与脂质体2000组无显著差别(P=0.522)。表明聚乙烯亚胺-壳聚糖/DNA纳米粒能有效保护质粒DNA免受核酸酶降解,对关节软骨细胞有良好的基因转染能力。

Bio-gide胶原膜体外复合培养犬骨髓间充质干细胞的软骨分化

背景:应用组织工程方法修复股骨头坏死后的软骨损伤应解决的2个关键因素是种子细胞和支架材料。目的:探讨Bio-gide胶原膜体外与犬骨髓间充质干细胞复合成软骨的可行性。方法:采用全骨髓血离心法结合贴壁筛选法体外分离培养比格犬骨髓间充质干细胞,观察细胞形态学变化,以细胞表面抗原进行鉴定。采用成软骨诱导培养基诱导第3代骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化作为实验组,设置普通培养基培养对照组,MTT比色法测试软骨细胞生长曲线,并行Ⅱ型胶原免疫组织化学和甲苯胺蓝染色等生物学鉴定。将第3代骨髓间充质干细胞与Bio-gide胶原膜体外复合培养行倒置相差显微镜、扫描电镜观察。结果与结论:采用全骨髓血离心法结合贴壁筛选法获得了高纯度高活性的骨髓间充质干细胞,生长状态良好,扩增能力强,并成功诱导分化为软骨细胞。大量骨髓间充质干细胞在Bio-gide胶原膜上贴附增殖并复层生长,细胞与Bio-gide胶原膜逐渐融为一体;在胶原膜的断面可见胞体伸出突起相互连接包绕胶原膜,其间有明显细胞基质分泌。表明犬骨髓间充质干细胞可在Bio-gide胶原膜上生长并向软骨细胞分化。

纤维蛋白胶复合骨形态发生蛋白2塑形Bio-oss修复下颌骨缺损

背景:Bio-oss的颗粒状结构通常应用于洞形缺损的充填性移植,对于三壁以上的缺损修复难以成形。目的:评价Bio-oss以纤维蛋白胶复合骨形态发生蛋白2作为赋形材料后的成骨性能。方法:拔除9条杂种犬双侧下颌第2,4前臼齿及第2臼齿,造成1cm×1cm的骨缺损区,将Bio-oss+纤维蛋白胶+骨形态发生蛋白2、Bio-oss+纤维蛋白胶及Bio-oss材料分别植入第2,4前臼齿及第2臼齿骨缺损区。结果与结论:各组软组织均一期愈合。Bio-oss复合纤维蛋白胶后,骨粉结合紧密,不易剥离。术后4,8,12周时Bio-oss+纤维蛋白胶+骨形态发生蛋白2组新生骨百分率均高于其他两组(P<0.05)。表明纤维蛋白胶的加入可以解决Bio-oss成形困难的问题,骨形态发生蛋白2的加入可促进成骨效果。

多孔型丝素蛋白/羟基磷灰石复合脂肪间充质干细胞修复兔股骨骨缺损

背景:从蚕丝中提取的丝素蛋白具有良好的细胞相容性,且可生物降解,用于修饰生物材料能提高细胞在材料表面的黏附和生长能力。目的:探讨丝素蛋白/羟基磷灰石材料复合脂肪间充质干细胞修复包含性骨缺损的作用。方法:取2月龄新西兰大白兔附睾处脂肪组织,经胰酶消化传代培养脂肪间充质干细胞,取第3代兔脂肪间充质干细胞以1×1010L-1浓度接种于丝素蛋白/羟基磷灰支架材料上,培养3h后加入含有1μmol/L地塞米松、50μmol/L维生素C、10mmol/Lβ-甘油磷酸钠的DMEM培养液进行成骨诱导。新西兰大白兔36只,在兔股骨远端制备直径4.5mm、深10mm的松质骨缺损。细胞复合材料组植入复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石;单纯材料组植入丝素蛋白/羟基磷灰石;空白对照组不作任何植入。结果与结论:12周时大体观察细胞复合材料组骨缺损区完全被骨组织修复,单纯材料组骨缺损区缩小、部分修复,空白对照组骨缺损无修复。12周时X射线、组织学检查显示细胞复合材料组完全修复了骨缺损区,材料组部分修复了骨缺损区,细胞复合材料组的新生骨小梁多于单纯材料组(P<0.05),空白对照组未见骨修复。结果说明复合脂肪间充质干细胞的丝素蛋白/羟基磷灰石修复兔股骨包含性骨缺损能力优于单纯丝素蛋白/羟基磷灰石材料。